JP3415799B2 - レジスト材料及びパターン形成方法 - Google Patents

レジスト材料及びパターン形成方法

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JP3415799B2
JP3415799B2 JP2000036178A JP2000036178A JP3415799B2 JP 3415799 B2 JP3415799 B2 JP 3415799B2 JP 2000036178 A JP2000036178 A JP 2000036178A JP 2000036178 A JP2000036178 A JP 2000036178A JP 3415799 B2 JP3415799 B2 JP 3415799B2
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勝 笹子
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Panasonic Holdings Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
に関し、特に、半導体基板上に半導体素子又は半導体集
積回路を形成するためのレジストパターンを、1nm帯
〜180nm帯の波長を持つ露光光を用いて形成する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、64メガビットのダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ(DRAM)、又は0.25μm
〜0.18μmのルールを持つロジックデバイス若しく
はシステムLSI等に代表される大容量の半導体集積回
路を形成するために、ポリヒドロキシスチレン誘導体を
主成分とするレジスト材料を用いると共に、KrFエキ
シマレーザ(波長:248nm帯)を露光光として用い
て、レジストパターンを形成している。
【0003】また、0.15μm〜0.13μmのルー
ルを持つ、256メガビットのDRAM、1ギガビット
のDRAM又はシステムLSI等を製造するために、露
光光として、KrFエキシマレーザよりも短波長である
ArFエキシマレーザ(波長:193nm帯)を使うパ
ターン形成方法の開発が進められている。
【0004】ところで、ポリヒドロキシスチレン誘導体
を主成分とするレジスト材料は、含有する芳香環の波長
193nm帯の光に対する吸収性が高いため、波長19
3nm帯の露光光がレジスト膜の底部にまで均一に到達
できないので、良好なパターン形状が得られない。この
ため、ポリヒドロキシスチレン誘導体を主成分とするレ
ジスト材料は、ArFエキシマレーザ用には用いること
ができない。
【0005】そこで、露光光としてArFエキシマレー
ザを用いる場合には、芳香環を有しないポリアクリル酸
誘導体を主成分とするレジスト材料が用いられる。
【0006】一方、高解像度化に対応できるパターン形
成方法の露光光としては、X線及びエレクトロンビーム
(EB)等が検討されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、露光光とし
てX線を用いる場合には、露光装置及びマスクの製造と
いう点において多くの問題が存在する。また、露光光と
してEBを用いる場合には、スループットの面で問題が
あるので、多量生産に適しないという問題が存在する。
従って、露光光としては、X線及びEBは好ましくな
い。
【0008】以上の理由により、0.13μmよりも微
細なレジストパターンを形成するためには、露光光とし
て、ArFエキシマレーザよりも波長が短い、Xe2
ーザ光(波長:172nm帯)、F2 レーザ光(波長:
157nm帯)、Kr2 レーザ光(波長:146nm
帯)、ArKrレーザ光(波長:134nm帯)、Ar
2 レーザ光(波長:126nm帯)又は軟X線(波長:
13nm帯、11nm帯又は5nm帯)等を用いること
が必要になる。
【0009】そこで、本件発明者らは、従来から知られ
ているレジスト材料からなるレジスト膜に対して、F2
レーザ光(波長:157nm帯)を用いてパターン露光
を行なって、レジストパターンを形成してみた。
【0010】ところが、矩形状の断面形状を持つレジス
トパターンが得られず、不良なパターン形状を持つレジ
ストパターンしか得られなかった。
【0011】前記に鑑み、本発明は、露光光として1n
m帯〜180nm帯の波長を持つ光を用いてレジストパ
ターンを形成する場合に、良好なパターン形状が得られ
るようにすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本件発明者らは、従来か
ら知られているレジスト材料、具体的には、ポリヒドロ
キシスチレン誘導体又はポリアクリル酸誘導体を主成分
とするレジスト材料を用いた場合に、レジストパターン
のパターン形状が不良になる原因について検討を加えた
結果、ポリヒドロキシスチレン誘導体又はポリアクリル
酸誘導体等に含まれるカルボニル基が1nm帯〜180
nm帯の波長を持つ光に対して高い吸収性を有している
ため、1nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光がレ
ジスト膜の底部まで十分に到達できないので、レジスト
パターンのパターン形状が不良になることを見出した。
【0013】[化4]は、KrFエキシマレーザ用のポ
ジ型レジスト材料として用いられるポリヒドロキシスチ
レン誘導体の構造式の一例を示しており、[化5]は、
ArFエキシマレーザ用のポジ型レジスト材料として用
いられるポリアクリル酸誘導体の構造式の一例を示して
いる。
【0014】
【化4】
【0015】
【化5】
【0016】また、本件発明者らは、レジスト膜の1n
m帯〜180nm帯の波長を持つ光に対する吸収性を低
減するための方策について種々の検討を加えた結果、レ
ジスト材料にスルフォン酸エステルを含ませると、レジ
スト膜の1nm帯〜180nm帯の波長を持つ光に対す
る吸収性が低くなることを見出した。
【0017】これは、スルフォン酸エステルにおける光
吸収部であるスルフォニル基が、ポリヒドロキシスチレ
ン誘導体又はポリアクリル酸誘導体に含まれるカルボニ
ル基に比べて、1nm帯〜180nm帯の波長を持つ光
に対して低い吸収性を有していることによるものであ
る。
【0018】本発明は、前記の知見に基づいてなされた
ものであって、具体的には、本発明に係る第1のパター
ン形成方法は、側鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂
を有するレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を
形成する工程と、レジスト膜に、1nm帯〜180nm
帯の波長を持つ露光光を照射してパターン露光を行なう
工程と、パターン露光されたレジスト膜を現像液により
現像してレジストパターンを形成する工程とを備えてい
る。
【0019】第1のパターン形成方法によると、レジス
ト材料のベース樹脂が側鎖にスルフォニル基を有するた
め、レジスト膜の1nm帯〜180nm帯の波長を持つ
露光光に対する吸収性が低くなるので、1nm帯〜18
0nm帯の波長を持つ露光光のレジスト膜に対する透過
率が高くなる。このため、1nm帯〜180nm帯の波
長を持つ露光光がレジスト膜の底部まで十分に到達でき
るので、良好なパターン形状を有するレジストパターン
を形成することができる。
【0020】第1のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、側鎖にスルフォン酸エステルを有していること
が好ましい。
【0021】このようにすると、パターン露光によりベ
ース樹脂の側鎖が切断されるため、ベース樹脂の現像液
に対する溶解性を容易に変化させることができる。
【0022】第1のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、側鎖にスルフォン酸を有していることが好まし
い。
【0023】このようにすると、レジスト膜の基板に対
する密着性を向上できると共に、レジスト膜の現像液に
対する溶解性をコントロールできる。
【0024】第1のパターン形成方法において、レジス
ト材料は、側鎖にスルフォン酸を有する樹脂をさらに備
えていることが好ましい。
【0025】このようにすると、レジスト膜の基板に対
する密着性を向上できると共に、レジスト膜の現像液に
対する溶解性をコントロールできる。
【0026】第1のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、[化6]における一般式(1)〜(5)のいず
れか1つで表わされる化合物を有していることが好まし
い。
【0027】
【化6】 (但し、Rは、スルフォン酸エステルであり、R1 は、
水素原子、水酸基又はアルキル基であり、R2及びR
3は、同種又は異種であって、水素原子又はアルキル基
である。)
【0028】このようにすると、ベース樹脂が芳香環又
は環状脂肪族を含んでいるので、ドライエッチングに対
する耐性を向上させることができる。
【0029】第1のパターン形成方法において、スルフ
ォン酸エステルは、[化7]における化学式(6)〜
(11)のいずれか1つで表わされることが好ましい。
【0030】
【化7】 (但し、化学式(8)において、R4及びR5は、同種又
は異種であって、アルキル基又はアリール基である。)
【0031】このようにすると、レジスト膜の1nm帯
〜180nm帯の波長を持つ露光光に対する吸収性を確
実に低減できる。
【0032】第1のパターン形成方法は、パターン露光
を行なう工程とレジストパターンを形成する工程との間
に、レジスト膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備
えていることが好ましい。
【0033】このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸の触媒反応によ
り、レジスト膜の露光部におけるベース樹脂の分解が促
進される。
【0034】この場合、ベース樹脂は、酸の存在下で前
記現像液に対する溶解性が変化する樹脂であり、レジス
ト材料は、露光光が照射されると酸を発生する酸発生剤
を有していることが好ましい。
【0035】このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸及び酸発生剤から
発生した酸が加熱されるので、酸の触媒反応が促進され
るので、レジスト膜の露光部におけるベース樹脂の分解
が一層促進される。
【0036】本発明に係る第2のパターン形成方法は、
アルカリ可溶性のベース樹脂と、スルフォン酸エステル
を含む化合物からなり、露光光が照射されると分解する
溶解阻害剤とを有するレジスト材料を基板上に塗布して
レジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に、1nm帯
〜180nm帯の波長を持つ露光光を照射してパターン
露光を行なう工程と、パターン露光されたレジスト膜を
現像液により現像してレジストパターンを形成する工程
とを備えている。
【0037】第2のパターン形成方法によると、レジス
ト材料が、スルフォン酸エステルを含む化合物からなる
溶解阻害剤を有するため、レジスト膜の1nm帯〜18
0nm帯の露光光に対する吸収性が低くなるので、1n
m帯〜180nm帯の露光光のレジスト膜に対する透過
率が高くなる。このため、1nm帯〜180nm帯の露
光光がレジスト膜の底部まで十分に到達できるので、良
好なパターン形状を有するレジストパターンを形成する
ことができる。
【0038】第2のパターン形成方法において、ベース
樹脂は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック
樹脂又はポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。
【0039】このようにすると、溶解阻害剤の作用によ
りレジスト膜を確実にアルカリ難溶性にすることができ
る。
【0040】第2のパターン形成方法において、溶解阻
害剤は、[化8]における化学式(6)〜(11)のい
ずれか1つで表わされるスルフォン酸エステルを有して
いることが好ましい。
【0041】
【化8】 (但し、化学式(8)において、R4及びR5は、同種又
は異種であって、アルキル基又はアリール基である。)
【0042】このようにすると、レジスト膜の1nm帯
〜180nm帯の波長を持つ光に対する吸収性を確実に
低減できる。
【0043】第2のパターン形成方法は、パターン露光
を行なう工程とレジストパターンを形成する工程との間
に、レジスト膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備
えていることが好ましい。
【0044】この場合、溶解阻害剤は、酸の存在下で分
解する化合物であり、レジスト材料は、露光光が照射さ
れると酸を発生する酸発生剤を有していることが好まし
い。
【0045】第1又は第2のパターン形成方法におい
て、露光光は、F2レーザ光又はAr2レーザ光であるこ
とが好ましい。
【0046】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係るパターン形成方法について、図
1(a)〜(c)を参照しながら説明する。
【0047】第1の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、スルフォニル基
を持つ化合物であるスルフォニル化合物を側鎖に有する
樹脂を用いるものである。レジスト材料の具体的な組成
は以下の通りである。
【0048】 ベース樹脂:ポリ((ビニルスルフォニルフルオライド)−(p−ターシャル ブトキシスチレン))……[化9] 2g 溶媒:ジグライム 20g
【化9】
【0049】まず、図1(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板10上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜11を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るため、レジスト膜11はアルカリ難溶性である。
【0050】次に、図1(b)に示すように、レジスト
膜11に対してマスク12を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)13を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜11の露光部
11aにおけるベース樹脂が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜11の露光部
11aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜1
1の未露光部11bはアルカリ難溶性のままである。
【0051】次に、レジスト膜11に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜11の露光部11aが現像液に溶解す
るので、図1(c)に示すように、レジスト膜11の未
露光部11bからなるレジストパターン14が得られ
る。すなわち、第1の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0052】第1の実施形態によると、レジスト材料の
ベース樹脂が、側鎖にスルフォニル基を有するため、レ
ジスト膜11の1nm帯〜180nm帯の波長を持つ光
に対する吸収性が低くなるので、1nm帯〜180nm
帯の波長を持つ露光光のレジスト膜11に対する透過率
が高くなる。このため、露光光がレジスト膜11の底部
まで十分に到達できるので、0.08μmの微細なパタ
ーン幅を有し、良好なパターン形状を有するレジストパ
ターン14を形成することができた。
【0053】図2は、第1の実施形態を評価するために
行なった実験結果を示しており、0.1μmの膜厚を有
する樹脂膜に300nm以下の波長を持つ光を照射した
ときにおける、光の波長と光の透過率との関係を示して
いる。尚、図2において、第1の実施形態は、ポリ
((ビニルスルフォニルフルオライド)−(p−ターシ
ャルブトキシスチレン))からなる樹脂膜を示し、第1
の比較例は、KrFエキシマレーザ用に用いられている
ポリヒドロキシスチレン誘導体からなる樹脂膜を示し、
第2の比較例は、ArFエキシマレーザ用に用いられて
いるポリアクリル酸誘導体からなる樹脂膜を示してい
る。図2から分かるように、第1の実施形態によると、
157nm帯の波長を持つF2 レーザに対する透過率
が、第1及び第2の比較例に比べて大きく向上してい
る。
【0054】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係るパターン形成方法について、図1(a)
〜(c)を参照しながら説明する。
【0055】第2の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、前記の一般式
(1)に示す化合物であって、前記の化学式(7)に示
すスルフォン酸エステルを側鎖に持つ化合物を用いるも
のである。レジスト材料の具体的な組成は以下の通りで
ある。
【0056】 ベース樹脂:[化10]に示す樹脂 2g 溶媒:ジグライム 20g
【化10】
【0057】尚、[化10]において、Aはスルフォン
酸であり、Bはスルフォン酸エステルである。
【0058】まず、図1(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板10上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜11を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るため、レジスト膜11はアルカリ難溶性である。
【0059】次に、図1(b)に示すように、レジスト
膜11に対してマスク12を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)13を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜11の露光部
11aにおけるベース樹脂が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜11の露光部
11aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜1
1の未露光部11bはアルカリ難溶性のままである。
【0060】次に、レジスト膜11に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜11の露光部11aが現像液に溶解す
るので、図1(c)に示すように、レジスト膜11の未
露光部11bからなるレジストパターン14が得られ
る。すなわち、第2の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0061】第2の実施形態によると、レジスト材料の
ベース樹脂が、側鎖にスルフォン酸エステルを有するた
め、レジスト膜11の1nm帯〜180nm帯の波長を
持つ光に対する吸収性が低くなるので、1nm帯〜18
0nm帯の波長を持つ露光光のレジスト膜11に対する
透過率が高くなる。このため、露光光がレジスト膜11
の底部まで十分に到達できるので、0.08μmの微細
なパターン幅を有し、良好なパターン形状を有するレジ
ストパターン14を形成することができた。
【0062】また、第2の実施形態によると、ベース樹
脂が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。
【0063】また、第2の実施形態によると、ベース樹
脂が側鎖にスルフォン酸を有しているため、レジスト膜
11の半導体基板10に対する密着性を向上させること
ができると共に、レジスト膜11の現像液に対する溶解
性をコントロールできる。
【0064】尚、第2の実施形態においては、レジスト
膜11に対してパターン露光を行なった後、レジスト膜
11に対して加熱処理を行なうことなく現像処理を行な
ったが、これに代えて、パターン露光が行なわれたレジ
スト膜11に対して、ホットプレート等により加熱した
後に現像処理を行なってもよい。このようにすると、露
光光により分解されたベース樹脂から生じるスルフォン
酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こるので、レジ
スト膜11の露光部11aにおけるベース樹脂の分解が
促進される。このため、レジスト膜11の感度が向上す
る。
【0065】図3は、第2の実施形態を評価するために
行なった実験結果を示しており、0.1μmの膜厚を有
する樹脂膜に300nm以下の波長を持つ光を照射した
ときにおける光の波長と光の透過率との関係を示してい
る。尚、図3において、第2の実施形態は、[化10]
からなる樹脂膜を示し、第1の比較例はポリヒドロキシ
スチレン誘導体からなる樹脂膜を示し、第2の比較例は
ポリアクリル酸誘導体からなる樹脂膜を示している。図
3から分かるように、第2の実施形態によると、157
nm帯の波長を持つF2 レーザに対する透過率が、第1
及び第2の比較例に比べて大きく向上している。
【0066】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態に係るパターン形成方法について、図4(a)
〜(d)を参照しながら説明する。
【0067】第3の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、前記の一般式
(3)に示す化合物であって、前記の化学式(6)に示
すスルフォン酸エステルを側鎖に持つ化合物を用いるも
のである。レジスト材料の具体的な組成は以下の通りで
ある。
【0068】 ベース樹脂:[化11]に示す樹脂 2g 酸発生剤:トリフェニルスルフォニウムトリフレート 0.04g 溶媒:ジグライム 20g
【化11】 尚、[化11]において、Aはスルフォン酸であり、B
はスルフォン酸エステルである。
【0069】まず、図4(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板20上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜21を
形成する。このとき、ベース樹脂がアルカリ難溶性であ
るので、レジスト膜21はアルカリ難溶性である。
【0070】次に、図4(b)に示すように、レジスト
膜21に対してマスク22を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)23を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜21の露光部
21aにおけるベース樹脂が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜21の露光部
21aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜2
1の未露光部21bはアルカリ難溶性のままである。ま
た、レジスト膜21の露光部21aにおいては酸発生剤
から酸が発生する一方、レジスト膜21の未露光部21
bにおいては酸が発生しない。
【0071】次に、図4(c)に示すように、半導体基
板20ひいてはレジスト膜21をホットプレート24上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
たベース樹脂から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜21の露光部21aにおけるベース樹
脂の分解が一層促進される。このため、レジスト膜21
の感度が一層向上する。
【0072】次に、レジスト膜21に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜21の露光部21aが現像液に溶解す
るので、図4(d)に示すように、レジスト膜21の未
露光部21bからなるレジストパターン25が得られ
る。すなわち、第3の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0073】第3の実施形態によると、レジスト材料
が、側鎖にスルフォン酸エステルを持つベース樹脂を有
するため、レジスト膜21の1nm帯〜180nm帯の
波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、1nm帯
〜180nm帯の波長を持つ露光光のレジスト膜21に
対する透過率が高くなる。このため、露光光がレジスト
膜21の底部まで十分に到達できるので、0.08μm
の微細なパターン幅を有し、良好なパターン形状を有す
るレジストパターン25を形成することができた。
【0074】また、第3の実施形態によると、ベース樹
脂が環状脂肪族を含んでいるので、ドライエッチングに
対する耐性を向上させることができる。
【0075】また、第3の実施形態によると、ベース樹
脂が側鎖にスルフォン酸を有するため、レジスト膜21
の半導体基板20に対する密着性を向上させることがで
きると共に、レジスト膜21の現像液に対する溶解性を
コントロールできる。
【0076】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態に係るパターン形成方法について、図1(a)
〜(c)を参照しながら説明する。
【0077】第4の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、アルカリ可溶性
のベース樹脂を用いると共に、溶解阻害剤として、前記
の化学式(8)に示すスルフォン酸エステル(但し、R
4及びR5は、同種又は異種であって、アルキル基又はア
リール基である。)を含む化合物を用いるものである。
レジスト材料の具体的な組成は以下の通りである。
【0078】 ベース樹脂:ノボラック樹脂 2g 溶解阻害剤:[化12]に示す化合物 0.4g 溶媒:ジグライム 20g
【化12】
【0079】まず、図1(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板10上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜11を
形成する。このとき、ベース樹脂はアルカリ可溶性であ
るが、溶解阻害剤の作用によりレジスト膜11はアルカ
リ難溶性である。
【0080】次に、図1(b)に示すように、レジスト
膜11に対してマスク12を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)13を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜11の露光部
11aにおける溶解阻害剤が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜11の露光部
11aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜1
1の未露光部11bはアルカリ難溶性のままである。
【0081】次に、レジスト膜11に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜11の露光部11aが現像液に溶解す
るので、図1(c)に示すように、レジスト膜11の未
露光部11bからなるレジストパターン14が得られ
る。すなわち、第4の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0082】第4の実施形態によると、レジスト材料
が、スルフォン酸エステルを含む化合物からなる溶解阻
害剤を有するため、レジスト膜11の1nm帯〜180
nm帯の波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、
1nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光のレジスト
膜11に対する透過率が高くなる。このため、露光光が
レジスト膜11の底部まで十分に到達できるので、0.
08μmの微細なパターン幅を有し、良好なパターン形
状を有するレジストパターン14を形成することができ
た。
【0083】また、第4の実施形態によると、溶解阻害
剤が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。
【0084】尚、第4の実施形態において、レジスト膜
11に対してパターン露光を行なった後、レジスト膜1
1に対して加熱処理を行なうことなく現像処理を行なっ
たが、これに代えて、パターン露光が行なわれたレジス
ト膜11に対して、ホットプレート等により加熱した後
に現像処理を行なってもよい。このようにすると、露光
光により分解された溶解阻害剤から生じるスルフォン酸
が加熱されるため、酸の触媒反応が起こるので、レジス
ト膜11の露光部11aにおける溶解阻害剤の分解が促
進される。このため、レジスト膜11の感度が向上す
る。
【0085】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態に係るパターン形成方法について、図4(a)
〜(d)を参照しながら説明する。
【0086】第5の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、アルカリ可溶性
のベース樹脂を用いると共に、溶解阻害剤として、前記
の化学式(9)に示すスルフォン酸エステルを含む化合
物を用いるものである。レジスト材料の具体的な組成は
以下の通りである。
【0087】 ベース樹脂:ポリヒドロキシスチレン 2g 溶解阻害剤:[化13]に示す化合物 0.4g 酸発生剤:トリフェニルスルフォニウムトリフレート 0.04g 溶媒:ジグライム 20g
【化13】
【0088】まず、図4(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板20上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜21を
形成する。このとき、ベース樹脂はアルカリ可溶性であ
るが、溶解阻害剤の作用によりレジスト膜21はアルカ
リ難溶性である。
【0089】次に、図4(b)に示すように、レジスト
膜21に対してマスク22を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)23を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜21の露光部
21aにおける溶解阻害剤が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜21の露光部
21aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜2
1の未露光部21bはアルカリ難溶性のままである。ま
た、レジスト膜21の露光部21aにおいては酸発生剤
から酸が発生する一方、レジスト膜21の未露光部21
bにおいては酸が発生しない。
【0090】次に、図4(c)に示すように、半導体基
板20ひいてはレジスト膜21をホットプレート24上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
溶解阻害剤から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜21の露光部21aにおける溶解阻害
の分解が一層促進される。このため、レジスト膜21
の感度が一層向上する。
【0091】次に、レジスト膜21に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜21の露光部21aが現像液に溶解す
るので、図4(d)に示すように、レジスト膜21の未
露光部21bからなるレジストパターン25が得られ
る。すなわち、第5の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0092】第5の実施形態によると、レジスト材料
が、スルフォン酸エステルを含む化合物からなる溶解阻
害剤を有するため、レジスト膜21の1nm帯〜180
nm帯の波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、
1nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光のレジスト
膜21に対する透過率が高くなる。このため、露光光が
レジスト膜21の底部まで十分に到達できるので、0.
08μmの微細なパターン幅を有し、良好なパターン形
状を有するレジストパターン25を形成することができ
た。
【0093】また、第5の実施形態によると、溶解阻害
剤が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。
【0094】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態に係るパターン形成方法について、図4(a)
〜(d)を参照しながら説明する。
【0095】第6の実施形態に係るパターン形成方法
は、レジスト材料のベース樹脂として、アルカリ可溶性
のベース樹脂を用いると共に、溶解阻害剤として、前記
の化学式(7)に示すスルフォン酸エステルを側鎖に持
つ樹脂を用いるものである。レジスト材料の具体的な組
成は以下の通りである。
【0096】 ベース樹脂:ポリヒドロキシスチレン 1.5g 溶解阻害剤:[化14]に示す樹脂 1g 酸発生剤:トリフェニルスルフォニウムトリフレート 0.04g 溶媒:ジグライム 20g
【化14】
【0097】まず、図4(a)に示すように、前記の組
成を有するレジスト材料を半導体基板20上にスピンコ
ートして、0.3μmの膜厚を有するレジスト膜21を
形成する。このとき、ベース樹脂はアルカリ可溶性であ
るが、溶解阻害剤の作用によりレジスト膜21はアルカ
リ難溶性である。
【0098】次に、図4(b)に示すように、レジスト
膜21に対してマスク22を介して、F2 エキシマレー
ザ(波長:157nm帯)23を照射してパターン露光
を行なう。このようにすると、レジスト膜21の露光部
21aにおける溶解阻害剤が露光光により分解されてス
ルフォン酸が生成されるため、レジスト膜21の露光部
21aがアルカリ可溶性に変化する一方、レジスト膜2
1の未露光部21bはアルカリ難溶性のままである。ま
た、レジスト膜21の露光部21aにおいては酸発生剤
から酸が発生する一方、レジスト膜21の未露光部21
bにおいては酸が発生しない。
【0099】次に、図4(c)に示すように、半導体基
板20ひいてはレジスト膜21をホットプレート24上
で加熱する。このようにすると、露光光により分解され
溶解阻害剤から生じたスルフォン酸、及び酸発生剤か
ら発生した酸が加熱されるため、酸の触媒反応が起こる
ので、レジスト膜21の露光部21aにおける溶解阻害
の分解が一層促進される。このため、レジスト膜21
の感度が一層向上する。
【0100】次に、レジスト膜21に対して、例えばテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液等の
アルカリ性の現像液を用いて現像処理を行なう。これに
より、レジスト膜21の露光部21aが現像液に溶解す
るので、図4(d)に示すように、レジスト膜21の未
露光部21bからなるレジストパターン25が得られ
る。すなわち、第6の実施形態は、ポジ型のレジストパ
ターンが形成される場合である。
【0101】第6の実施形態によると、レジスト材料
が、スルフォン酸エステルを含む化合物からなる溶解阻
害剤を有するため、レジスト膜21の1nm帯〜180
nm帯の波長を持つ光に対する吸収性が低くなるので、
1nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光のレジスト
膜21に対する透過率が高くなる。このため、露光光が
レジスト膜21の底部まで十分に到達できるので、0.
08μmの微細なパターン幅を有し、良好なパターン形
状を有するレジストパターン25を形成することができ
た。
【0102】また、第6の実施形態によると、溶解阻害
剤が芳香環を含んでいるので、ドライエッチングに対す
る耐性を向上させることができる。
【0103】尚、第2及び第3の実施形態においては、
ベース樹脂として、前記の一般式(1)〜(5)に示す
樹脂のいずれか1つを用いることができるが、これらに
限られるものではない。
【0104】また、第2及び第3の実施形態において
は、ベース樹脂として、前記の化学式(6)〜(11)
に示すスルフォン酸エステルのいずれか1つを側鎖に持
つ樹脂を用いることができるが、これらに限られるもの
ではない。
【0105】また、第2及び第3の実施形態において
は、ベース樹脂として、スルフォン酸エステルとスルフ
ォン酸とを側鎖に持つ樹脂を用いたが、これに代えて、
スルフォン酸エステルを側鎖に持つ樹脂と、スルフォン
酸を側鎖に持つ樹脂とを混合して用いてもよい。
【0106】また、第4〜第6の実施形態においては、
溶解阻害剤として、前記の化学式(6)〜(11)に示
すスルフォン酸エステルのいずれか1つを含む化合物を
用いることができるが、これらに限られるものではな
い。
【0107】また、第4〜第6の実施形態においては、
アルカリ可溶性のベース樹脂として、アクリル系樹脂、
スチレン系樹脂、ノボラック樹脂又はポリオレフィン系
樹脂を用いることができるが、これらに限られるもので
はない。
【0108】また、第3、第5及び第6の実施形態にお
いては、酸発生剤として、スルフォニウム塩若しくはヨ
ードニウム塩等のオニウム塩類、スルフォン酸エステル
類、ジアゾジスルフォニルメタン類又はケトスルフォン
化合物等を適宜用いることができる。
【0109】また、第1〜第6の実施形態においては、
露光光として、Xe2 レーザ光(波長:172nm
帯)、F2 レーザ光(波長:157nm帯)、Kr2
ーザ光(波長:146nm帯)、ArKrレーザ光(波
長:134nm帯)、Ar2 レーザ光(波長:126n
m帯)又は軟X線(波長:13nm帯、11nm帯又は
5nm帯)を用いることができる。
【0110】また、第1〜第6の実施形態において、レ
ジスト膜の露光部をアルカリ性の現像液により除去し
て、ポジ型のレジストパターンを形成したが、これに代
えて、レジスト膜の未露光部を有機溶媒からなる現像液
により除去して、ネガ型のレジストパターンを形成して
もよい。
【0111】
【発明の効果】第1又は第2のパターン形成方法による
と、1nm帯〜180nm帯の波長を持つ露光光のレジ
スト膜に対する透過率が高くなるため、露光光がレジス
ト膜の底部まで十分に到達できるので、良好なパターン
形状を有するレジストパターンを形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の第1、第2及び第
4の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断
面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態を評価するために行な
った実験結果を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施形態を評価するために行な
った実験結果を示す図である。
【図4】(a)〜(d)は、本発明の第3、第5及び第
6の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断
面図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−189998(JP,A) 特開 平10−111563(JP,A) 特開 平4−25847(JP,A) 特開 平10−282672(JP,A) 特開 平11−30852(JP,A) 特開 平10−282644(JP,A) 特開 平8−254820(JP,A) 特開 平6−194840(JP,A) 特開 平4−88348(JP,A) 特開 平4−134347(JP,A) 特開 平7−134416(JP,A) 特開 平5−265214(JP,A) 特開 平2−245756(JP,A) 特開 昭60−45241(JP,A) 特開2000−231194(JP,A) 特表 平8−506908(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 側鎖にスルフォニル基を持つベース樹脂
    を有するレジスト材料を基板上に塗布してレジスト膜を
    形成する工程と、 前記レジスト膜に、Xe 2 レーザ光、F2レーザ光、K
    2レーザ光、ArKrレーザ光又はAr2 レーザ光よ
    りなる露光光を照射してパターン露光を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像液により現像
    してレジストパターンを形成する工程とを備えているこ
    とを特徴とするパターン形成方法。
  2. 【請求項2】 側鎖にスルフォン酸エステルを持つベー
    ス樹脂を有するレジスト材料を基板上に塗布してレジス
    ト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に、Xe 2 レーザ光、F2レーザ光、K
    2レーザ光、ArKrレーザ光又はAr2 レーザ光よ
    りなる露光光を照射してパターン露光を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像液により現像
    してレジストパターンを形成する工程とを備えているこ
    とを特徴とするパターン形成方法。
  3. 【請求項3】 前記ベース樹脂は、側鎖にスルフォン酸
    を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    パターン形成方法。
  4. 【請求項4】 前記レジスト材料は、側鎖にスルフォン
    酸を有する樹脂をさらに備えていることを特徴とする
    求項1又は2に記載のパターン形成方法。
  5. 【請求項5】 前記ベース樹脂は、[化14]における
    一般式(1)〜(5)のいずれか1つで表わされる化合
    物を有していることを特徴とする請求項1に記載のパタ
    ーン形成方法。 【化14】 (但し、Rは、スルフォン酸エステルであり、 R1は、水素原子、水酸基又はアルキル基であり、 R2及びR3は、同種又は異種であって、水素原子又はア
    ルキル基である。)
  6. 【請求項6】 前記スルフォン酸エステルは、[化1
    5]における化学式(6)〜(11)のいずれか1つで
    表わされることを特徴とする請求項2に記載のパターン
    形成方法。 【化15】 (但し、化学式(8)において、R4及びR5は、同種又
    は異種であって、アルキル基又はアリール基である。)
  7. 【請求項7】 前記パターン露光を行なう工程と前記レ
    ジストパターンを形成する工程との間に、前記レジスト
    膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備えていること
    を特徴とする請求項1又は2に記載のパターン形成方
    法。
  8. 【請求項8】 前記ベース樹脂は、酸の存在下で前記現
    像液に対する溶解性が変化する樹脂であり、 前記レジスト材料は、前記露光光が照射されると酸を発
    生する酸発生剤を有していることを特徴とする請求項7
    に記載のパターン形成方法。
  9. 【請求項9】 アルカリ可溶性のベース樹脂と、スルフ
    ォン酸エステルを含む化合物からなり、Xe 2 レーザ
    光、F2レーザ光、Kr2レーザ光、ArKrレーザ光又
    はAr2 レーザ光よりなる露光光が照射されると分解す
    る溶解阻害剤とを有するレジスト材料を基板上に塗布し
    てレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜に、前記露光光を照射してパターン露光
    を行なう工程と、 パターン露光された前記レジスト膜を現像液により現像
    してレジストパターンを形成する工程とを備えているこ
    とを特徴とするパターン形成方法。
  10. 【請求項10】 前記ベース樹脂は、アクリル系樹脂又
    はポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項
    に記載のパターン形成方法。
  11. 【請求項11】 前記溶解阻害剤は、[化16]におけ
    る化学式(6)〜(11)のいずれか1つで表わされる
    スルフォン酸エステルを有していることを特徴とする
    求項9に記載のパターン形成方法。 【化16】 (但し、化学式(8)において、R4及びR5は、同種又
    は異種であって、アルキル基又はアリール基である。)
  12. 【請求項12】 前記パターン露光を行なう工程と前記
    レジストパターンを形成する工程との間に、前記レジス
    ト膜に対して熱処理を行なう工程をさらに備えているこ
    とを特徴とする請求項9に記載のパターン形成方法。
  13. 【請求項13】 前記溶解阻害剤は、酸の存在下で分解
    する化合物であり、 前記レジスト材料は、前記露光光が照射されると酸を発
    生する酸発生剤を有していることを特徴とする請求項1
    に記載のパターン形成方法。
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